氨鍾

氨鍾是一種原子鐘，其中石英振盪器的頻率被受激氨分子產生的振動所控制。氨分子（NH₃）呈錐形，尖項上為一個氮原子，底部三角形的每個角上有一氫原子，當這種氨分於被激活時，每20.9微秒，氮原於通過底部形成另一側的錐形，20.9微秒以後，它返回原來的位置，這樣來回振動的頻率為23870Hz。氨氣只在這一頻率吸收激勵能。利用一個晶體振盪器（crystal oscillator）將能量饋送給氨氣和一適宜的反饋機件．振盪器就可準確地鎖定在這一頻率上。 ^[3] 

1948年到1949年，美國國家標準局研製成功世界上第一台完整的“原子鐘”，這台原子鐘主要包括一個石英晶體振盪器和一根充滿氨氣的波導管。這根管子盤繞鐘面，放在儀器頂部。用氨分子的吸收譜線來穩定石英振盪器的頻率，並分頻後驅動50Hz的鐘。

1953年美國哥倫比亞大學的湯斯（C.H.Townes）研製成功第一台氨鍾，頻率穩定度值為10^-11數量級，相當於在幾千年的時間內誤差小於1秒。這一成功，誕生了量子電子學，並使湯斯獲得了諾貝爾獎，同時也導致了1960年激光的獲得。我國科學家王天眷參加了第一台氨鐘的研製工作。 ^[4-5] 

1964年3月19日，上海天文台研製成我國第一台氨分子振盪器。 ^[1] 

湯斯發明氨分子鐘的經歷頗具傳奇色彩。他是在1961年春天華盛頓的一次學術會議期間得到最初設想的；一天早上，他醒得很早，為了不驚動同室的朋友，他走到了旅館附近的公園，在一條長凳上坐了下來，也許是早晨清新的空氣使他豁然開朗，他想起了利用分子體系可以實現電磁波的振盪和放大。對於湯斯的此番經歷，人們總愛説成是他在華盛頓得到了“神的啓示”，這使得氨分子鐘及以後激光器的發明都多少帶上了神秘的色彩，以致今天還把激光譽為“神光”。

湯斯本人在朋友們説起“神的啓示”時總是報之一笑，直到40年以後的今天，當我們讀到湯斯寫的回憶文章時，才會感到他這一笑的意味深長，湯斯取得成功並非輕易，而是經歷了艱辛和坎坷。湯斯在第二次世界大戰期間曾在軍隊裏服役，從事雷達的研製工作，縮短雷達波的波長以提高靈敏度一直是軍方追求的目標。戰後，湯斯擔任了海軍毫米波諮詢委員會主席，產生更短波長的雷達波成為他主攻的課題。幾年過去了，沒能取得重大突破，這使他深感困惑，正如他在文章裏所回憶的那樣。“我和其他一些人試用了許多不同的技術，去製造能產生更短波長的振盪器。經歷了某些失望的歲月以後，我打算在華盛頓召開的一次會議上，報告獲得這種振盪器的潛在可能性。”正是在這次會議期間，湯斯取得了實質性的進展，對此他有如下的描述：“我坐在附近公園的長凳上，苦苦思索我們過去失敗的原因所在。有一點是清楚的：即需要一種製造得非常小的精密的振盪器的方法。這意味着。任何現實的希望都必須建立在尋找利用分子的方法上！或許正是清新的早晨空氣使我豁然開朗，這樣做是可能的。” ^[6] 

氨分子鐘的成功，為以後更準確和更穩定的原子鐘，如氫原子鐘、銫原子鐘的出現奠定了基礎，更為重要的是，它把量子力學中受激輻射的概念應用到無線電電子學中，實現了激射和放大電磁波，導致了一門新學科——量子電子學的誕生。 ^[2]